ЧЁРНЫЕ ДЫРЫ

Чёрная дыра – самый загадочный объект во Вселенной. Внешне она не похожа ни на планеты, ни на звёзды, а всё приближающееся к ней может исчезнуть для наблюдателя из нашего мира навсегда.

Чёрные дыры образуются на финальной стадии эволюции сверхмассивных звёзд – массой в 10 Солнц и более. После завершения ядерных реакций в её недрах, давление изнутри исчезает, и сила собственной гравитации сжимает звезду так сильно, что она превращается в сверхплотный объект, из которого не может вырваться даже свет.

Критерий возникновения чёрной дыры

Теоретически стать чёрной дырой может абсолютно любой объект, если появится сила, способная сжать его до критической степени – так называемого радиуса Шварцшильда. Этот термин ввёл в научный обиход немецкий астроном Карл Шварцшильд в 1916 году. Этот радиус можно рассчитать по формуле. Он прямо пропорционален массе: чем массивнее объект, тем больше радиус, необходимый для формирования чёрной дыры.

Сферическую границу чёрной дыры в астрофизике называют горизонтом событий (события за ним не могут быть зарегистрированы внешним наблюдателем). На этой границе достигается баланс между силой гравитационного поля и усилиями света, пытающегося покинуть чёрную дыру. Горизонт событий – это своего рода «точка невозврата», пройдя которую вырваться назад уже невозможно.

Чёрные дыры бывают самых разных размеров – от сверхмассивных до довольно компактных. Самая тяжёлая из ныне обнаруженных чёрная дыра находится в созвездии Гончих Псов: масса её составляет 66 миллиардов Солнц. А одна из самых маленьких чёрных дыр, известных на сегодняшний день, находится в созвездии Жертвенник и имеет размеры с небольшой город. При этом масса её оценивается в 5-10 солнц, и она способна «проглатывать» целые миры.

Искажение пространства и времени вблизи чёрной дыры

Внутри чёрной дыры привычные нам законы физики не работают. Согласно выводам Альберта Эйнштейна, гравитация искривляет пространство-время. И чем сильнее гравитация, тем более выражен этот эффект.

Например, вы летите к сверхплотному объекту – чёрной дыре, а ваш друг наблюдает за вами со стороны. Сначала он увидит, как вы сужаетесь в ширину и вытягиваетесь в длину, будто на вас навели гигантскую лупу. Кроме того, чем ближе вы будете к горизонту событий, тем больше наблюдатель будет замечать, что вы замедляетесь. Затем вы и вовсе замрёте, словно ваше движение поставили на паузу.

Друг никогда не увидит, как вы пересекаете горизонт событий, потому что с его точки зрения время у вас полностью остановится. Для вас же оно будет течь как обычно. И если каким-то образом вам удастся вернуться назад, то окажется, что у друга прошёл куда больший промежуток времени.

Как можно обнаружить чёрную дыру?

Чёрные дыры не излучают света. Однако учёные всё-таки научились их обнаруживать, точнее – находить «претендентов» на эту роль. Сделать это можно 3 способами:

1. Проследить за обращением скоплений звёзд вокруг некоего центра гравитации. Если окажется, что в этом центре нет видимого объекта, и звёзды крутятся как будто вокруг пустого места, можно достоверно предположить, что именно тут и прячется чёрная дыра. Именно этим способом обнаружили чёрную дыру в центре нашей Галактики.

2. Чёрная дыра затягивает в себя материю из окружающего пространства. Межзвездная пыль, газ, вещество ближайших звезд падают туда по спирали, образуя так называемый аккреционный диск, похожий на кольцо Сатурна. Приближаясь к горизонту событий, частицы ускоряются и начинают испускать излучение в рентгеновском диапазоне. Если в какой-то области Вселенной регистрируется подобное явление, там должна быть чёрная дыра.

3. При сближении две чёрные дыры начинают взаимодействовать друг с другом, испуская мощные гравитационные волны – рябь ткани пространства-времени. Эти волны также можно обнаружить. Этим занимаются гравитационно-волновые обсерватории LIGO и ряд других.

Сверхмассивные чёрные дыры

Самые большие из известных науке чёрных дыр были обнаружены в ядрах галактик. Масса таких объектов сопоставима с миллиардами тяжёлых звёзд, поэтому их назвали сверхмассивными чёрными дырами. На данный момент они обнаружены в нескольких сотнях галактик, в том числе в нашей собственной.

Открытие чёрной дыры в нашей Галактике на первый взгляд кажется пугающим, но на самом деле бояться нечего. Ведь чёрная дыра опасна лишь для небесных тел, находящихся в непосредственной близости от неё. А Солнечная система расположена довольно далеко от центра Галактики, можно сказать, на окраине.

Что такое квазары?

В начале 60-х годов XX века стало ясно, что существуют сверхъяркие астрономические объекты – квазары, или квазизвёздные источники энергии, расположенные от нас на огромных расстояниях, чуть ли на окраине Вселенной. Это активные ядра галактик на начальном этапе развития, в центре которых находятся сверхмассивные чёрные дыры. Обнаружить их можно даже на очень отдалённых расстояниях, так как они испускают колоссальное количество энергии. Квазар можно наблюдать с Земли в любительский телескоп.

Когда открывают подобный светящийся объект, есть уверенность, что там находится сверхмассивная чёрная дыра.

Гамма-всплески

Совсем недавно учёные получили подтверждение своим воззрениям на природу так называемых гамма-всплесков – мощнейших источников излучения во Вселенной. Оказалось, что они возникают кратковременно, возможно, при взрывах некоторых сверхновых, а также при поглощении чёрной дырой другого массивного объекта (нейтронной звезды или другой чёрной дыры). Если струя плазмы (луч-джет), вырывающийся из центров чёрных дыр, активных галактик, квазаров и радиогалактик, оказывается направлен в сторону Земли, мы можем регистрировать Гамма-всплеск.

Немаловажным оказалось, что в результате гамма-всплеска образуются тяжёлые химические элементы, в частности золото и платина. Это существенно дополнило картину возникновения вещества во Вселенной, так как одними лишь взрывами сверхновых трудно было объяснить обилие в окружающем пространстве тяжёлых элементов.